로드 밸런서 (Load Balancer)

1. 로드 밸런서란?

로드 밸런서(Load Balancer)는 여러 서버로 들어오는 네트워크 트래픽을 효율적으로 분산하는 장치 또는 소프트웨어를 의미한다. 이는 특정 서버에 과부하가 걸리는 것을 방지하고, 성능을 최적화하며, 고가용성을 보장하는 역할을 한다.

 

2. 로드 밸런서의 필요성

• 부하 분산: 다수의 서버에 트래픽을 고르게 분산하여 특정 서버의 과부하를 방지
• 고가용성(High Availability): 일부 서버가 장애가 나더라도 서비스가 지속 가능하도록 보장
• 확장성(Scalability): 서버를 추가하여 더 많은 트래픽을 처리할 수 있도록 지원
• 보안 강화: 특정 서버의 직접적인 접근을 차단하여 보안을 강화할 수 있음

 

3. 로드 밸런서의 작동 방식

로드 밸런서는 클라이언트의 요청을 여러 서버로 나누어 전달하며, 주로 다음과 같은 방식으로 동작한다:

• DNS 기반 분산: 도메인 네임 시스템(DNS) 레벨에서 다수의 IP 주소를 반환하여 트래픽을 분산
• 네트워크 레벨 분산 (L3/L4): IP 주소와 포트 기반으로 트래픽을 분산하는 방식 (예: TCP, UDP)
• 애플리케이션 레벨 분산 (L7): HTTP 헤더, 쿠키, 요청 URL 등 애플리케이션 데이터를 기반으로 트래픽을 분산

 

4. 로드 밸런싱 알고리즘

로드 밸런서는 다양한 알고리즘을 활용하여 트래픽을 분산한다:

• 라운드 로빈(Round Robin): 각 요청을 순차적으로 여러 서버에 전달
• 가중치 라운드 로빈(Weighted Round Robin): 서버의 성능에 따라 가중치를 부여하여 요청을 분산
• 최소 연결(Least Connection): 현재 연결된 세션 수가 적은 서버로 트래픽을 전달
• IP 해시(IP Hash): 클라이언트 IP를 기반으로 요청을 특정 서버에 할당
• 응답 시간 기반(Response Time-Based): 서버의 응답 속도를 기준으로 요청을 분산

 

5. 로드 밸런서의 종류

로드 밸런서는 하드웨어와 소프트웨어 방식으로 나뉜다.

5.1 하드웨어 로드 밸런서

전용 장비를 이용하여 트래픽을 분산하는 방식으로, 높은 성능과 안정성을 제공한다.

• 대표적인 제품: F5, Citrix ADC, A10 Networks

5.2 소프트웨어 로드 밸런서

소프트웨어 기반으로 트래픽을 분산하는 방식으로, 클라우드 환경에서 주로 사용된다.

• 대표적인 솔루션: Nginx, HAProxy, Envoy, AWS ELB, GCP Load Balancer, Kubernetes Ingress

 

6. 로드 밸런서의 실제 활용 예시

• 웹 애플리케이션: 여러 웹 서버에 트래픽을 분산하여 빠른 응답 제공
• 마이크로서비스 아키텍처: 서비스 간 트래픽을 최적화하여 성능을 극대화
• 데이터베이스 샤딩: 여러 데이터베이스 인스턴스에 읽기/쓰기 요청을 분산
• 클라우드 환경: AWS, GCP, Azure와 같은 클라우드 서비스에서 동적 확장

 

7. 로드 밸런서 구현 예시

7.1 Nginx를 활용한 로드 밸런싱 예제

http {
    upstream backend_servers {
        server backend1.example.com;
        server backend2.example.com;
        server backend3.example.com;
    }

    server {
        listen 80;

        location / {
            proxy_pass http://backend_servers;
        }
    }
}

이 설정은 Nginx를 사용하여 세 개의 백엔드 서버로 요청을 분산하는 예제이다.

 

7.2 AWS ELB(Elastic Load Balancer) 예시

AWS에서는 ELB를 사용하여 로드 밸런싱을 구현할 수 있다. 설정 과정은 다음과 같다:

1. AWS 콘솔에서 EC2 > Load Balancer 로 이동
2. 새 로드 밸런서 생성
3. Application Load Balancer(ALB) 또는 Network Load Balancer(NLB) 선택
4. 타겟 그룹(Target Group) 설정 및 EC2 인스턴스 연결
5. 리스너(Listener) 설정: HTTP 또는 HTTPS 요청을 지정
6. 설정 완료 후 테스트 진행

 

7.3 로드 밸런서 아키텍처 예시

아래는 일반적인 로드 밸런서 기반의 웹 서비스 아키텍처이다:

            +----------------+
            |  Load Balancer |
            +----------------+
                  |
   -------------------------------
   |             |               |
+----+       +----+         +----+
|Web1|       |Web2|         |Web3|
+----+       +----+         +----+
   |             |               |
   --------------------------------
                  |
             +--------+
             |Database|
             +--------+

이 구조에서는 로드 밸런서가 여러 개의 웹 서버로 요청을 분산하고, 웹 서버는 하나의 공통 데이터베이스를 사용한다.

 

8. 로드 밸런서 사용 시 유의할 점

• 세션 관리: 일부 애플리케이션은 세션 정보를 서버에 저장하는데, 로드 밸런서가 트래픽을 여러 서버로 분산하면 세션 정보가 사라질 수 있다. Sticky Session을 고려해야 함.
• SSL 종료(SSL Termination): HTTPS 트래픽을 로드 밸런서에서 해독할 경우, 내부 트래픽의 암호화가 필요할 수 있음.
• 헬스 체크(Health Check) 설정: 장애가 발생한 서버로 트래픽이 전달되지 않도록 주기적인 헬스 체크를 설정해야 함.
• 로드 밸런서의 병목 현상: 트래픽이 급격히 증가할 경우, 로드 밸런서 자체가 성능의 병목이 될 수 있으므로 확장성을 고려해야 함.
• 로그 분석: 트래픽이 정상적으로 분산되고 있는지 확인하기 위해 로드 밸런서 로그를 모니터링하고 분석해야 함.